JPS63233289A - ウラン溶解用るつぼ - Google Patents
ウラン溶解用るつぼInfo
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Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、高温における耐食性を備えたコーティング層
を有するウラン溶解用るつぼに関する。
を有するウラン溶解用るつぼに関する。
（従来の技術）
たとえばウランの同位体を分離するための設備において
は、その一部にウランを加熱溶解して蒸発ウランを発生
させるために、ウラン溶解用るつぼが用いられる。この
種のウラン溶解用のるつぼには、グラファイトあるいは
Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏのような高融点金属が基材として用い
られるが、これらは溶融ウランと直接触れると、反応し
たり溶解したりして浸蝕されるばかりでなく、ウラン中
に溶は出すとウランの純度を侵す原因ともなるので、こ
れら基材のウランとの接触面にウランに対して耐熱・１
食性の優れた、たとえば酸化イツトリウム等のコーティ
ング層を設けることが行なわれる。この場合、基材」二
に高融点金属の下地コーティングを施した上に、−に記
したコーティング層が設けられている。
は、その一部にウランを加熱溶解して蒸発ウランを発生
させるために、ウラン溶解用るつぼが用いられる。この
種のウラン溶解用のるつぼには、グラファイトあるいは
Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏのような高融点金属が基材として用い
られるが、これらは溶融ウランと直接触れると、反応し
たり溶解したりして浸蝕されるばかりでなく、ウラン中
に溶は出すとウランの純度を侵す原因ともなるので、こ
れら基材のウランとの接触面にウランに対して耐熱・１
食性の優れた、たとえば酸化イツトリウム等のコーティ
ング層を設けることが行なわれる。この場合、基材」二
に高融点金属の下地コーティングを施した上に、−に記
したコーティング層が設けられている。
またこのコーティング層と基材との各材質の熱膨張係数
の差に基づく剥離を防止するために、−上記した酸化イ
ツトリウム層とト地コーティングとの間に、たとえば酸
化ジルコニウムのコーティング層を設けたものが提案さ
れている。
の差に基づく剥離を防止するために、−上記した酸化イ
ツトリウム層とト地コーティングとの間に、たとえば酸
化ジルコニウムのコーティング層を設けたものが提案さ
れている。
このようなコーティング層を有するウラン溶解用るつぼ
の一例は、第５図に示すように、グラファイト製の基材
１によって作製されたるつぼの内面に、Ｎｂによる下地
コーティング２を施した上に、酸化イツトリウムのコー
ティング層３が設けられ、ウラン４を収容するようにな
っている。
の一例は、第５図に示すように、グラファイト製の基材
１によって作製されたるつぼの内面に、Ｎｂによる下地
コーティング２を施した上に、酸化イツトリウムのコー
ティング層３が設けられ、ウラン４を収容するようにな
っている。
このコーティング層３は、たとえばプラズマ溶射法によ
って厚さ０．１〜０．５層程度に形成される。
って厚さ０．１〜０．５層程度に形成される。
（発明が解決しようとする問題点）
Ｊ―述したるつぼに収容されたウラン４は、適宜の加熱
手段を用いてその表面温度が２４富程度に加熱される。
手段を用いてその表面温度が２４富程度に加熱される。
このようにして容融されたウラン４から発生した蒸気が
同位体分離に利用される。るつぼは加熱を中止し冷却し
た後にウラン４を補給し、再度加熱して利用される。こ
のような操作が行なわれるたびに、るつぼは膨張・収縮
を繰返す。
同位体分離に利用される。るつぼは加熱を中止し冷却し
た後にウラン４を補給し、再度加熱して利用される。こ
のような操作が行なわれるたびに、るつぼは膨張・収縮
を繰返す。
ここに基材１であるグラファイトの線膨張係数は２〜６
Ｘ １．０−’ ／ Ｋであり、Ｎｂ 、 Ｔａ 、
Ｍｏのような高融点金属であったとしても５．５〜７
．２ Ｘ １０−’ ／ Ｋであるのに、コーティング
層３をなす酸化イツトリウムの線膨張係数は約９Ｘ］、
Ｏ−’／Ｋ、（その他炉、０３゜Ｔｈｅ、 、ＵＯ□、
ＢｅＯ等でも９〜１０．５Ｘ１０−１′／にの範囲内に
ある）であって、両者の差が大きいため、温度降下過程
においいてコーティング層３が基材１から剥離しがちで
あった。一旦コーティング層３が剥離してるつぼに損傷
が生ずると、るつぼはそれ以上再使用することができな
かった。
Ｘ １．０−’ ／ Ｋであり、Ｎｂ 、 Ｔａ 、
Ｍｏのような高融点金属であったとしても５．５〜７
．２ Ｘ １０−’ ／ Ｋであるのに、コーティング
層３をなす酸化イツトリウムの線膨張係数は約９Ｘ］、
Ｏ−’／Ｋ、（その他炉、０３゜Ｔｈｅ、 、ＵＯ□、
ＢｅＯ等でも９〜１０．５Ｘ１０−１′／にの範囲内に
ある）であって、両者の差が大きいため、温度降下過程
においいてコーティング層３が基材１から剥離しがちで
あった。一旦コーティング層３が剥離してるつぼに損傷
が生ずると、るつぼはそれ以上再使用することができな
かった。
本発明の目的は、繰返し高温負荷に対する耐久性を向上
したコーティング層を有するウラン溶解用るつぼを提供
することにある。
したコーティング層を有するウラン溶解用るつぼを提供
することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の第１の発明においては、ウラン溶解用るつぼに
、基材上に直接施され、且つ気孔率を１０％未満とした
セラミック材からなるコーティング層を設けた。
、基材上に直接施され、且つ気孔率を１０％未満とした
セラミック材からなるコーティング層を設けた。
また本発明の第２の発明においては、基材」二にセラミ
ック材からなるコーティング層を設けたウラン溶解用る
つぼのコーティング層を、溶融ウランと接する表面コー
ティング層と、この表面コーティング層と基材との間に
設けられ、且つ気孔率が表面コーティング層より大なる
中間コーティング層との２層とした。
ック材からなるコーティング層を設けたウラン溶解用る
つぼのコーティング層を、溶融ウランと接する表面コー
ティング層と、この表面コーティング層と基材との間に
設けられ、且つ気孔率が表面コーティング層より大なる
中間コーティング層との２層とした。
（作 用）
コーティング層は、下地コーティングを介することなく
基材上に直接施されているので、コーティング層の基材
に対する密着度は強化される。またコーティング層は基
材に直接接しているにもかかわらず、気孔率が１．０％
未満であるので、溶融ウランが浸透して基材と反応した
り基材を浸蝕することがない。
基材上に直接施されているので、コーティング層の基材
に対する密着度は強化される。またコーティング層は基
材に直接接しているにもかかわらず、気孔率が１．０％
未満であるので、溶融ウランが浸透して基材と反応した
り基材を浸蝕することがない。
また中間コーティング層を設けたものでは、中間コーテ
ィング層は表面コーティング層より気孔率が大きくされ
ているので、基材との線膨張係数の差が小さく、また温
度変化に対する伸縮性も優れており、基材から剥離し難
い。
ィング層は表面コーティング層より気孔率が大きくされ
ているので、基材との線膨張係数の差が小さく、また温
度変化に対する伸縮性も優れており、基材から剥離し難
い。
（実施例）
以下本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。第
１図において、Ｎｂによって作製されたるつぼの基材１
の内側表面にはコーティング層５が設けられ、ウラン４
を収容している。このコーティング層５は、基材１の内
側表面を清浄化してブラスト処理し凹凸をつけた後、プ
ラズマ溶射によってセラミック材であるＹ２Ｏ３を溶射
し、たとえば膜厚２００μｓになるように施される。し
かしてその気孔率は溶射条件、たとえばセラミック材の
粒径等を制御して１０％未満とされている。
１図において、Ｎｂによって作製されたるつぼの基材１
の内側表面にはコーティング層５が設けられ、ウラン４
を収容している。このコーティング層５は、基材１の内
側表面を清浄化してブラスト処理し凹凸をつけた後、プ
ラズマ溶射によってセラミック材であるＹ２Ｏ３を溶射
し、たとえば膜厚２００μｓになるように施される。し
かしてその気孔率は溶射条件、たとえばセラミック材の
粒径等を制御して１０％未満とされている。
次にこれの作用について述べる。
基材１はＮｂのような高融点金属であっても、溶融した
ウラン４と接触すると反応して浸蝕されるが、コーティ
ング学府５が設けられ、その気孔率が１０％以下とされ
ているので、１５００に以上の高温となって粘性が低下
したウラン４であってもその内部に浸透するおそれはな
い。またコーティング層５は下地コーティングを省略し
、基材１に直接施されているので接面数が減少し、密着
強度が向上している。
ウラン４と接触すると反応して浸蝕されるが、コーティ
ング学府５が設けられ、その気孔率が１０％以下とされ
ているので、１５００に以上の高温となって粘性が低下
したウラン４であってもその内部に浸透するおそれはな
い。またコーティング層５は下地コーティングを省略し
、基材１に直接施されているので接面数が減少し、密着
強度が向上している。
なおコーティング層５はＹ２Ｏ３の他にＴｈＯ２，ＵＯ
□。
□。
ＨｆＯ□、ＢｅＯ等であってもよい。
本発明の他の実施例は、第２図に示すように、Ｎｂによ
って作製されたるつぼの基材１の内側表面に、プラズマ
溶射によってＺｒＯ□（たとえばＹ２Ｏ１安定化ＺｒＯ
２であってよい）の中間コーティング層６が設けられ、
この中間コーティング層６の上にＹ２Ｏ３の表面コーテ
ィング層５が施され、ウラン４を収容している。
って作製されたるつぼの基材１の内側表面に、プラズマ
溶射によってＺｒＯ□（たとえばＹ２Ｏ１安定化ＺｒＯ
２であってよい）の中間コーティング層６が設けられ、
この中間コーティング層６の上にＹ２Ｏ３の表面コーテ
ィング層５が施され、ウラン４を収容している。
表面コーティング層５は、中間コーティング層６の上に
施されることを除き、前述した実施例のコーティング層
５と同一である。しかして中間コーティング層６は、そ
の気孔率が表面コーティング層５の気孔率より大、すな
わち１０％を超える値に調整されている。しかしながら
２５％を超えると、中間コーティング層６の被膜自体の
強度が不十分となることがあるので、１０〜２５％の範
囲が適する。
施されることを除き、前述した実施例のコーティング層
５と同一である。しかして中間コーティング層６は、そ
の気孔率が表面コーティング層５の気孔率より大、すな
わち１０％を超える値に調整されている。しかしながら
２５％を超えると、中間コーティング層６の被膜自体の
強度が不十分となることがあるので、１０〜２５％の範
囲が適する。
この実施例においては、中間コーティング層６の気孔率
を増加することによって、その線膨張係数（ＺｒＯ７で
は８．Ｉ Ｘ １０−’／Ｋ ）が低下し、基材１の線
膨張係数（Ｎｂでは７．２ Ｘ １０−’ ／ Ｋ ）
に近づくので、中間コーティング層６と基材１間の熱伸
縮に対する追従性が向上する。その他の作用は前述した
実施例と同様である。
を増加することによって、その線膨張係数（ＺｒＯ７で
は８．Ｉ Ｘ １０−’／Ｋ ）が低下し、基材１の線
膨張係数（Ｎｂでは７．２ Ｘ １０−’ ／ Ｋ ）
に近づくので、中間コーティング層６と基材１間の熱伸
縮に対する追従性が向上する。その他の作用は前述した
実施例と同様である。
なお表面コーティング層５は、Ｙ２Ｏ３の他にＴｈｅ、
。
。
λ
ＵＯ□、 ＨｆＯ□、 ＢｅＯ等であってもよく、また
中間コーティング層６は上記した表面コーティング層５
と同一の材質に加え、Ｚｒ０２（たとえばＭｇＯ安定化
ＺｒＯ２＋ＣａＯ安定化ＺｒＯ２等であってよい） 、
ＭｇＯ等としてもよい。
中間コーティング層６は上記した表面コーティング層５
と同一の材質に加え、Ｚｒ０２（たとえばＭｇＯ安定化
ＺｒＯ２＋ＣａＯ安定化ＺｒＯ２等であってよい） 、
ＭｇＯ等としてもよい。
さらに上記両実施例ともに、基材１は高融点金属であれ
ばＴａ、ＮｏあるいはＮｂ、 Ｔａ、 Ｍｏの合金等を
採用してもよい。
ばＴａ、ＮｏあるいはＮｂ、 Ｔａ、 Ｍｏの合金等を
採用してもよい。
次に上記した実施例と従来例との比較実験を行なった際
の基材とコーティング層の組合わせを第１表に示す。な
お各コーティング層は２００μｍとし、比較例としてＮ
ｂとＴａを基材としだもの各１を加えた。
の基材とコーティング層の組合わせを第１表に示す。な
お各コーティング層は２００μｍとし、比較例としてＮ
ｂとＴａを基材としだもの各１を加えた。
以下白金
第１表
まず第１表に示す組合わせによるプラズマ溶射コーティ
ングを施した直径２５１ＩＷｏの試験片を作製し、常温
において強力な接着剤を介して引張り試験を行なった結
果を第３図に示す。実施例は各側とも、従来例に比較し
２倍以」二の引張り強さが得られた。
ングを施した直径２５１ＩＷｏの試験片を作製し、常温
において強力な接着剤を介して引張り試験を行なった結
果を第３図に示す。実施例は各側とも、従来例に比較し
２倍以」二の引張り強さが得られた。
これに対し比較例は中間コーティング層の気孔率が大き
いので、各側とも実施例よりやり低い引張り強さしか得
られなかった。
いので、各側とも実施例よりやり低い引張り強さしか得
られなかった。
次に第１表の構成によって第１図あるいは第２図に示す
るつぼを作製し、真空加熱炉に入れて常温と２０００
Ｋとの間の繰返し加熱試験を行ない、第５図に示す従来
例と比較した結果を第４図に示す。
るつぼを作製し、真空加熱炉に入れて常温と２０００
Ｋとの間の繰返し加熱試験を行ない、第５図に示す従来
例と比較した結果を第４図に示す。
同図から明らかなように、従来例は１回の繰返し加熱に
よって既にコーティング層３の剥離を生じたが、実施例
はすべて５回以」二の繰返し加熱に耐え、なかでも中間
コーティング層６を有する■。
よって既にコーティング層３の剥離を生じたが、実施例
はすべて５回以」二の繰返し加熱に耐え、なかでも中間
コーティング層６を有する■。
ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩは、すべてそれの無いＩ、ＩＶよりも
優れた結果が得られた。なお比較例Ａ、Ｂについて、る
つぼにウラン４を実装し、電子ビーム投射してウラン４
を２０００ Ｋに加熱して溶解した結果、表面コーティ
ング層５の気孔率が大きいＢについては表面コーティン
グ層５の一部に金属ウランの浸透が見られた。
優れた結果が得られた。なお比較例Ａ、Ｂについて、る
つぼにウラン４を実装し、電子ビーム投射してウラン４
を２０００ Ｋに加熱して溶解した結果、表面コーティ
ング層５の気孔率が大きいＢについては表面コーティン
グ層５の一部に金属ウランの浸透が見られた。
これらの結果より、本実施例により繰返し高温負荷に対
するるつぼ寿命の延長が達成されていることは明らかで
ある。
するるつぼ寿命の延長が達成されていることは明らかで
ある。
本発明によれば繰返し高温負荷に対し寿命の長いウラン
溶解用るつぼを提供することができる。
溶解用るつぼを提供することができる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第２図
は本発明の他の実施例の構成を示す断面図、第３図およ
び第４図はそれぞれ第１表に基づく実験結果を示す棒線
図、第５図は従来のウラン溶解用るつぼを示す断面図で
ある。 １・・・基材 ２・・・下地コーティン
グ３・・・コーティング層 ４・・・ウラン５・・
・表面コーティング層 ６・・・中間コーチイン丙層代
理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 三俣弘文 第 １ 図 べ 第 ２ 図 第 ａ 図 第 ４ 図 第 ５ 図
は本発明の他の実施例の構成を示す断面図、第３図およ
び第４図はそれぞれ第１表に基づく実験結果を示す棒線
図、第５図は従来のウラン溶解用るつぼを示す断面図で
ある。 １・・・基材 ２・・・下地コーティン
グ３・・・コーティング層 ４・・・ウラン５・・
・表面コーティング層 ６・・・中間コーチイン丙層代
理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 三俣弘文 第 １ 図 べ 第 ２ 図 第 ａ 図 第 ４ 図 第 ５ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基材上にセラミック材からなるコーティング層を設
けたウラン溶解用るつぼにおいて、前記コーティング層
の気孔率は１０％未満であることを特徴とするウラン溶
解用るつぼ。 ２、前記基材はＴａ、Ｎｂ、Ｍｏおよびこれらを主成分
とする合金のいずれかとした特許請求の範囲第１項記載
のウラン溶解用るつぼ。 ３、前記コーティング層はＹ＿２Ｏ＿３、Ｔｈ＿２、Ｕ
Ｏ＿２、ＨｆＯ＿２、ＢｅＯのいずれかとした特許請求
の範囲第１項記載のウラン溶解用るつぼ。 ４、基材上にセラミック材からなるコーティング層を設
けたウラン溶解用るつぼにおいて、前記コーティング層
を、溶融ウランと接する表面コーティング層と、この表
面コーティング層と前記基材との間に設けられ且つ気孔
率が前記表面コーティング層より大なる中間コーティン
グ層との２層としてなることを特徴とするウラン溶解用
るつぼ。 ５、前記中間コーティング層の前記気孔率は１０〜２５
％であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
ウラン溶解用るつぼ。 ６、前記基材はＴａ、Ｎｂ、Ｍｏおよびこれらを主成分
とする合金のいずれかとした特許請求の範囲第４項記載
のウラン溶解用るつぼ。 ７、前記表面コーティング層はＹ＿２Ｏ＿３、ＴｈＯ＿
２、ＵＯ＿２、ＨｆＯ＿２、ＢｅＯのいずれかとした特
許請求の範囲第４項記載のウラン溶解用るつぼ。 ８、前記中間コーティング層はＹ＿２Ｏ＿３、ＴｈＯ＿
２、ＵＯ＿２、ＨｆＯ＿２、ＢｅＯ、ＺｒＯ＿２、Ｍｇ
Ｏのいずれかとした特許請求の範囲第４項記載のウラン
溶解用るつぼ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6430287A JPS63233289A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | ウラン溶解用るつぼ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6430287A JPS63233289A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | ウラン溶解用るつぼ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63233289A true JPS63233289A (ja) | 1988-09-28 |
Family
ID=13254318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6430287A Pending JPS63233289A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | ウラン溶解用るつぼ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63233289A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02146496A (ja) * | 1988-11-29 | 1990-06-05 | Toshiba Corp | 金属溶融用るつぼ |
| JP2008249273A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Osaka Gas Co Ltd | 加熱炉 |
| JP2010043776A (ja) * | 2008-08-11 | 2010-02-25 | Ulvac Japan Ltd | 水冷坩堝および電子ビーム溶解炉 |
-
1987
- 1987-03-20 JP JP6430287A patent/JPS63233289A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02146496A (ja) * | 1988-11-29 | 1990-06-05 | Toshiba Corp | 金属溶融用るつぼ |
| JP2008249273A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Osaka Gas Co Ltd | 加熱炉 |
| JP2010043776A (ja) * | 2008-08-11 | 2010-02-25 | Ulvac Japan Ltd | 水冷坩堝および電子ビーム溶解炉 |
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